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【活动主题】物理与材料
在材料科学的殿堂中，每种材料都有其独特的语言和故事，它们或坚硬如钢，或柔软如丝；它们不仅是各种物理现象的载体，更是人类智慧和创造力的结晶。
（1）碳纤维具有高强度、轻量化（密度只有钢的四分之一）、耐腐蚀、耐高温等优点，被誉为新材料界的“黑黄金”。下列物体中不适合用该材料制作的是
A. 风力发电机叶片
B. 大型飞机外壳
C. 航天燃料箱
D. 起重机配重
（2）不法商家在黄金中掺杂金属铼以假乱真，铼是一种熔点远大于金的金属。某黄金回收店收到一根金条，用电子秤测得其质量为100.0 g，用图1所示的方法测其体积，图2为金和铼的m - V图像。下列说法错误的是
A. 该金条的体积为$5 \mathrm{cm}^3$
B. 该金条的m - V图像在图2两条直线之间
C. 该金条中掺杂了铼，实际质量偏小
D. 可用高温熔化的方法鉴别掺铼的黄金
（3）研究表明：多种疾病风险的增加与高糖摄入有关，高糖摄入的重灾区就是含糖饮料。饮料的含糖量是指单位质量的饮料所含糖的质量的百分比，如每100 g的饮料含糖8 g，则该饮料的含糖量为8%。项目小组想研究某种碳酸饮料的含糖量，经查阅文献得知，饮料含糖量Y与其密度$\rho$存在如下近似关系：
$Y=2.76×(\frac{\rho}{\rho_{水}} -1)×100\%$，其中$\rho_{水}=1.0\ \mathrm{g/cm}^3$。【任务驱动】测量某种碳酸饮料的密度。【方案实施】用天平、量筒等测量该饮料的密度。
①将天平放在水平台面上，调节天平平衡；②在烧杯中倒入适量饮料，置于天平左盘，天平再次平衡后右盘砝码质量及游码示数如图3甲所示，为______g；③将烧杯中的部分饮料倒入空量筒中，量筒中液面如图3乙所示，再次测得剩余部分的质量为44.4 g；④由此可得，该饮料的密度为$\_\_\_\_\_\_\mathrm{g/cm}^3$。
【方案待选】项目小组成员采用另一种方法测量该饮料的密度：
①将图3丙所示电子秤放在水平台面上，启动开关后，放上空烧杯，并按下“去皮”键将示数清零；
②在烧杯中缓慢倒水，直至示数为100 g。在液面处用笔画线做好标记，如
在材料科学的殿堂中，每种材料都有其独特的语言和故事，它们或坚硬如钢，或柔软如丝；它们不仅是各种物理现象的载体，更是人类智慧和创造力的结晶。
（1）碳纤维具有高强度、轻量化（密度只有钢的四分之一）、耐腐蚀、耐高温等优点，被誉为新材料界的“黑黄金”。下列物体中不适合用该材料制作的是
D
。A. 风力发电机叶片
B. 大型飞机外壳
C. 航天燃料箱
D. 起重机配重
（2）不法商家在黄金中掺杂金属铼以假乱真，铼是一种熔点远大于金的金属。某黄金回收店收到一根金条，用电子秤测得其质量为100.0 g，用图1所示的方法测其体积，图2为金和铼的m - V图像。下列说法错误的是
C
。A. 该金条的体积为$5 \mathrm{cm}^3$
B. 该金条的m - V图像在图2两条直线之间
C. 该金条中掺杂了铼，实际质量偏小
D. 可用高温熔化的方法鉴别掺铼的黄金
（3）研究表明：多种疾病风险的增加与高糖摄入有关，高糖摄入的重灾区就是含糖饮料。饮料的含糖量是指单位质量的饮料所含糖的质量的百分比，如每100 g的饮料含糖8 g，则该饮料的含糖量为8%。项目小组想研究某种碳酸饮料的含糖量，经查阅文献得知，饮料含糖量Y与其密度$\rho$存在如下近似关系：
$Y=2.76×(\frac{\rho}{\rho_{水}} -1)×100\%$，其中$\rho_{水}=1.0\ \mathrm{g/cm}^3$。【任务驱动】测量某种碳酸饮料的密度。【方案实施】用天平、量筒等测量该饮料的密度。
①将天平放在水平台面上，调节天平平衡；②在烧杯中倒入适量饮料，置于天平左盘，天平再次平衡后右盘砝码质量及游码示数如图3甲所示，为______g；③将烧杯中的部分饮料倒入空量筒中，量筒中液面如图3乙所示，再次测得剩余部分的质量为44.4 g；④由此可得，该饮料的密度为$\_\_\_\_\_\_\mathrm{g/cm}^3$。【方案待选】项目小组成员采用另一种方法测量该饮料的密度：
①将图3丙所示电子秤放在水平台面上，启动开关后，放上空烧杯，并按下“去皮”键将示数清零；
②在烧杯中缓慢倒水，直至示数为100 g。在液面处用笔画线做好标记，如
答案
(1) D
(2) C
(3)【方案实施】②86.4 ④1.05
(2) C
(3)【方案实施】②86.4 ④1.05
解析
【分析】
本题分为三个小题，分别考查新材料的应用、物质鉴别与密度相关知识、密度测量实验。第（1）题需结合碳纤维的特性判断适用场景；第（2）题要利用密度概念和m-V图像分析各选项；第（3）题需掌握天平、量筒的读数方法，结合密度公式计算饮料密度。
【解析】
（1）碳纤维具有高强度、轻量化（密度小）、耐腐蚀、耐高温的优点。起重机配重需要密度大、质量大的材料，而碳纤维密度小，不适合制作起重机配重。选项A（风力发电机叶片需轻量化高强度）、B（飞机外壳需轻量化高强度）、C（航天燃料箱需轻量化耐高温）均适合用碳纤维制作，故选D。
（2）密度公式为$\rho=\frac{m}{V}$，金的密度约为$19.3\ \mathrm{g/cm}^3$，铼的密度大于金（金属铼密度大）。已知金条质量为100.0 g，若体积为$5\ \mathrm{cm}^3$，则密度为$20\ \mathrm{g/cm}^3$，介于金和铼之间。选项A：体积为$5\ \mathrm{cm}^3$，符合计算，正确；选项B：金条密度在金和铼之间，故m-V图像在两者之间，正确；选项C：掺铼时，相同体积下质量比纯金大，实际质量应偏大，而非偏小，错误；选项D：铼熔点远大于金，高温熔化时金先熔化，铼不熔化，可鉴别，正确。故选C。
（3）②天平读数为砝码质量加游码示数：砝码总质量$80\ \mathrm{g}+5\ \mathrm{g}=85\ \mathrm{g}$，游码示数$1.4\ \mathrm{g}$，故烧杯和饮料总质量为$85\ \mathrm{g}+1.4\ \mathrm{g}=86.4\ \mathrm{g}$；④倒出饮料的质量为$86.4\ \mathrm{g}-44.4\ \mathrm{g}=42\ \mathrm{g}$，量筒中倒出饮料体积为$40\ \mathrm{cm}^3$，根据密度公式得饮料密度为$\rho=\frac{42\ \mathrm{g}}{40\ \mathrm{cm}^3}=1.05\ \mathrm{g/cm}^3$。
【答案】
(1) D (2) C (3)②86.4；④1.05
【知识点】
密度的应用、天平的使用、密度的计算
【点评】
本题结合新材料、物质鉴别、密度测量等知识点，考查学生对密度概念的理解及实验操作能力，涉及天平、量筒读数和密度公式应用，难度适中，需学生掌握基础物理知识并灵活运用。
【难度系数】
0.6
本题分为三个小题，分别考查新材料的应用、物质鉴别与密度相关知识、密度测量实验。第（1）题需结合碳纤维的特性判断适用场景；第（2）题要利用密度概念和m-V图像分析各选项；第（3）题需掌握天平、量筒的读数方法，结合密度公式计算饮料密度。
【解析】
（1）碳纤维具有高强度、轻量化（密度小）、耐腐蚀、耐高温的优点。起重机配重需要密度大、质量大的材料，而碳纤维密度小，不适合制作起重机配重。选项A（风力发电机叶片需轻量化高强度）、B（飞机外壳需轻量化高强度）、C（航天燃料箱需轻量化耐高温）均适合用碳纤维制作，故选D。
（2）密度公式为$\rho=\frac{m}{V}$，金的密度约为$19.3\ \mathrm{g/cm}^3$，铼的密度大于金（金属铼密度大）。已知金条质量为100.0 g，若体积为$5\ \mathrm{cm}^3$，则密度为$20\ \mathrm{g/cm}^3$，介于金和铼之间。选项A：体积为$5\ \mathrm{cm}^3$，符合计算，正确；选项B：金条密度在金和铼之间，故m-V图像在两者之间，正确；选项C：掺铼时，相同体积下质量比纯金大，实际质量应偏大，而非偏小，错误；选项D：铼熔点远大于金，高温熔化时金先熔化，铼不熔化，可鉴别，正确。故选C。
（3）②天平读数为砝码质量加游码示数：砝码总质量$80\ \mathrm{g}+5\ \mathrm{g}=85\ \mathrm{g}$，游码示数$1.4\ \mathrm{g}$，故烧杯和饮料总质量为$85\ \mathrm{g}+1.4\ \mathrm{g}=86.4\ \mathrm{g}$；④倒出饮料的质量为$86.4\ \mathrm{g}-44.4\ \mathrm{g}=42\ \mathrm{g}$，量筒中倒出饮料体积为$40\ \mathrm{cm}^3$，根据密度公式得饮料密度为$\rho=\frac{42\ \mathrm{g}}{40\ \mathrm{cm}^3}=1.05\ \mathrm{g/cm}^3$。
【答案】
(1) D (2) C (3)②86.4；④1.05
【知识点】
密度的应用、天平的使用、密度的计算
【点评】
本题结合新材料、物质鉴别、密度测量等知识点，考查学生对密度概念的理解及实验操作能力，涉及天平、量筒读数和密度公式应用，难度适中，需学生掌握基础物理知识并灵活运用。
【难度系数】
0.6
